基于Petri网和Agent的网格服务工作流及资源管理的研究

论文摘要

网格服务工作流的研究已成为网格领域的一个研究热点,现在网格服务工作流没有完整的系统框架,不能准确分析工作流的安全性和灵活性,不能为网格服务工作流的设计和检查做出有效判断。在广域分布的网格环境中,存在大量的、各种类型的网格服务,对于某个网格应用,如何找到能满足其需求的网格服务资源(即服务发现)就成为一个重要研究课题。另外,单一的网格服务往往不能够独立完成网格的应用,因此有必要研究网格服务间的组合方式和协作机制。针对上述问题,本文基于Petri网、Agents、 Web Services等理论与技术,重点研究了网格服务工作流模型、网格服务发现及网格服务组合等问题,主要研究成果如下：1)在时间Petri网的模拟能力方面,首次证明了时间Petri网与计算科学的最高模型——图灵机有相等的模拟能力,给出了另外一种含时间因素的时延Petri网向时间Petri网的转换方法,这也说明了尽管时间Petri网结构简单,但模拟能力不比其它含时间因素的Petri网逊色,同时为时延Petri网的研究提供了另外一种有效方法。2)在时间Petri网的活性、有界性方面,通过例子说明了时间Petri网的活性、有界性和相应传统Petri网的相应性质并无对应关系,给出了时间Petri网保持活性、有界性的两个充分必要条件,为利用传统Petri网的性质判定结果来判定时间Petri网的相应性质提供了依据。3)在网格服务工作流方面,基于颜色Petri网、Web Services和Agent技术设计了一个网格服务工作流系统框架。讨论了如何定位Web服务、如何调用它们提供的服务以及如何使Web Services和Agent协作以创建高度灵活、动态的网格服务工作流系统,并从过程、资源和任务的角度说明了系统的可适应性。4)在网格服务发现方面,给出了一个多Agent松散耦合的网格服务发现框架。提出以模糊Petri网作为服务描述语言的规范,用来发布或请求服务,基于本体论给出了一个基于语义的服务匹配算法,用可能性与必然性来量化一个服务Agent能对一个请求提供相关服务的信心程度,也就是说,该算法支持部分匹配。5)在网格服务组合方面,提出了一个基于颜色Petri网的网格服务组合模型。先利用颜色Petri网对网格服务提供的操作(活动)进行形式化建模,然后给出操作间的4种最基本的组合方式(顺序、并发、选择、迭代)的颜色Petri网描述,接着给出了网格服务组合的构造算法。该颜色Petri网模型可清晰地表达组合服务的组成逻辑及明确描述服务之间的相互关系。利用CPN Tools可完成系统行为的模拟以及对系统有界性、活性、可达性等重要性质的分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图清单
• 附表清单
• 引言
• 1 网格概述
• 1.1 网格与网格计算的定义
• 1.2 网格的研究现状
• 1.3 网格应用
• 1.4 网格的体系结构
• 1.4.1 Web Services
• 1.4.2 开放网格服务体系结构（OGSA）
• 1.4.3 WSRF框架
• 1.5 网格资源管理
• 1.5.1 网格资源的特点
• 1.5.2 网格资源管理系统模型
• 1.5.3 网格资源管理方面的若干重要研究问题及研究现状
• 1.6 本章小结
• 2 相关理论和技术
• 2.1 Petri网
• 2.1.1 Petri网的基本概念
• 2.1.2 时间Petri网的模拟能力
• 2.1.3 时间Petri网保持活性、有界性的两个充要条件
• 2.2 Agent
• 2.2.1 Agent的概念
• 2.2.2 Agent属性
• 2.2.3 多Agent系统
• 2.2.4 Agent的通信与交互
• 2.2.5 Agent服务：一种基于Agent和Web services的网格服务
• 2.3 本章小结
• 3 网格服务工作流系统
• 3.1 工作流
• 3.1.1 工作流的基本概念
• 3.1.2 工作流管理系统
• 3.1.3 工作流建模和分析方法
• 3.1.4 基于Petri网的工作流模型——WF-net
• 3.2 网格服务工作流
• 3.3 一种基于多Agent和颜色Petri网的网格服务工作流框架
• 3.3.1 颜色Petri网
• 3.3.2 Agent系统
• 3.3.3 一个集成Web服务的工作流的多Agent框架
• 3.3.4 可适应性
• 3.3.5 例子：航空订票服务系统
• 3.4 本章小结
• 4 网格服务资源管理
• 4.1 网格服务描述及服务发现
• 4.2 一种基于模糊Pet网和本体的网格服务发现框架
• 4.2.1 可能性推理
• 4.2.2 模糊Petri网（FPN）
• 4.2.3 网格服务发现的多Agent框架
• 4.2.4 基于模糊Pet网的服务描述语言（FPN-SDL）
• 4.2.5 SDL的本体
• 4.2.6 FPN-SDL的匹配机制
• 4.3 本章小结
• 5 网格服务组合
• 5.1 相关工作
• 5.2 会话协议规范
• 5.3 活动及基本组合方式的颜色Petri网形式化描述
• 5.4 网格服务过程组合
• 5.4.1 网格服务组合的构造算法
• 5.4.2 网格服务组合实例
• 5.5 模拟与分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 论文主要研究成果及主要创新点
• 进一步研究计划
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢